T∕EPTC 008-2025 功率型硬件在环仿真 术语

ICS01.040.29CCSA01团 体 标 准T/EPTC008—2025功率型硬件在环仿真术语Powerhardwarein-the-loopsimulation—Terminology2025-12-10发布 2026-01-01实施中关村智能电力产业技术联盟  发布T/EPTC008T/EPTC008—2025PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前言 II范围 1规范性引用文件 1一般术语 1基本术语 1硬件在环 1接口装置术语 2通用接口装置 2四象限功率放大器接口装置 2接口算法术语 5接口算法 5接口模型 6附录A（规范性） 功率型硬件在环仿真示意 7附录B（规范性） 四象限功率放大器类型 8四象限功率放大器分类 8开关功率放大器 8线性功率放大器 8线性-开关混合型功率放大器 9附录C（规范性） 接口装置响应延时示意 10附录D（规范性） 功率型硬件在环仿真接口算法 11接口算法分类 11理想变压器算法（ITM） 11传输线解耦法（TLM） 12部分电路复制法（PCD） 12时变一阶线性近似法（TFA） 13阻尼阻抗算法（DIM） 14参考文献 15前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中关村智能电力产业技术联盟提出并归口。本文件为首次发布。T/EPTC008T/EPTC008—2025PAGEPAGE1功率型硬件在环仿真术语范围本文件规定了功率型硬件在环仿真技术及其接口装置、接口算法的术语和定义。规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。一般术语3.1.1实时数字仿真 realtimedigitalsimulation与自然世界实际物理过程推进速度一致的数字仿真。[来源：GB/T40601—2021，3.1]3.1.2实时数字仿真器 realtimedigitalsimulator具备实时数字仿真能力的计算硬件与软件的总称。[来源：GB/T40605—2021，3.3]3.1.3实时数字仿真模型 realtimedigitalsimulationmodel在实时数字仿真器中搭建的数字仿真模型。3.1.4被测物理装置 hardwareundertest,HUT硬件在环仿真系统中真实的被测装置。注：根据硬件在环仿真类型的不同，被测物理装置可以是动态模拟装置、控制保护装置、负载等。3.1.5动态模拟装置 physicaldynamicsimulationdevice满足等惯性时间常数，按照相似性原理搭建，可真实模拟大功率原型设备物理特性的低压试验装置。3.1.6控制保护装置 controlandprotectionphysicaldevice实时采集电气量并经过分析处理后对电力系统中的元件执行控制或保护功能的二次自动化装置。3.2.1硬件在环仿真 hardwareintheloopsimulation,HIL数模混合仿真 digital-analoghybridsimulation半实物仿真[来源：GB/T40601—2021，3.5，有修改]3.2.2功率型硬件在环仿真 powerhardwareintheloopsimulation,PHIL建立电气上的联系，使得二者之间存在真实量级的功率交换，见附图A.1。3.2.3控制型硬件在环仿真 controlhardwareintheloopsimulation,CHIL3.2.4快速控制原型仿真 rapidcontrolprototypesimulation,RCP（硬件在环仿真接口 interfaceofpowerhardwareintheloopsimulation数模混合仿真接口 interfaceofdigital-analogsimulation[来源：GB/T40605—2021，3.4，有修改]3.2.6数字侧 digitalside硬件在环仿真系统中基于实时数字仿真模型模拟物理系统的部分。3.2.7物理侧 physicalside硬件在环仿真系统中由被测物理装置构成的部分。接口装置术语4.1.1接口装置 interfacedevice用于连接数字侧和物理侧，实现两侧不同大小电压/电流采集、测量、汇集、转换、通信、保护等数据输入/输出交互的装置。4.1.2测量单元 measurementunit功率型硬件在环仿真接口装置中负责数字侧、物理侧信号采集、测量和汇集的单元。4.1.3通信单元 communicationunit功率型硬件在环仿真接口装置中负责与实时数字仿真器进行信息通信的单元。4.1.4控制单元 controlunit功率型硬件在环仿真接口装置中负责环路控制、信号放大、功率传输等核心控制的单元。4.1.5保护单元 protectionunit功率型硬件在环仿真接口装置中负责过压、过流、过温等故障保护判断与指令执行的单元。4.1.6转换单元 conversionunit功率型硬件在环仿真接口装置中负责实现关键数字量和模拟量相互转换的接口板卡单元。4.1.7隔离变压器 powertransformer功率型硬件在环仿真接口装置中与供电电源侧隔离连接的变压器。四象限功率放大器接口装置T/EPTC008—T/EPTC008—20254.2.1PAGEPAGE3四象限运行 fourquadrantoperation功率放大器或电力电子设备在有功-无功坐标系中可独立运行于四个象限（吸收有功功率、发出有功功率、发出感性无功功率、发出容性无功功率），实现能量的双向流动。4.2.2四象限功率放大器 fourquadrantpoweramplifier4.2.3电压型功率放大器 voltagetypepoweramplifier输出跟踪电压指令的功率放大器。4.2.4电流型功率放大器 currenttypepoweramplifier输出跟踪电流指令的功率放大器。4.2.5开关型功率放大器 switchingpoweramplifier4.2.6线性功率放大器 linearpoweramplifier（线性-开关混合型功率放大器 linear-switchhybridpoweramplifier4.2.8最大输出电压 maximumoutputvoltage四象限功率放大器在安全工作条件下，输出连接物理侧的端口电压峰峰值。4.2.9输出功率 outputpower四象限功率放大器输出电压、电流有效值的乘积，通常以VA为单位。4.2.10输入功率 inputpower四象限功率放大器输入电压、电流有效值的乘积，通常以VA为单位。4.2.11输出效率 outputefficiency4.2.12回馈效率 feedbackefficiency4.2.13输入量 input四象限功率放大器的输入端口所接收到来自功率型硬件在环仿真数字侧的数字量或模拟量。4.2.14输出量 output四象限功率放大器输出至物理侧动态模拟装置的电气量。T/EPTC008—T/EPTC008—20254.2.15PAGEPAGE4响应延时 responsedelay四象限功率放大器输入信号从阶跃时刻t1开始，至输出量第一次达到稳态输出值10%的时刻t2为止的时间间隔，即t2-t1，不同时刻物理意义详见附图C.1。4.2.16输入输出延时 input/outputdelay四象限功率放大器输入信号从阶跃时刻t1开始，至输出量第一次达到稳态输出值90%的时刻t3为止的时间间隔，即t3-t1，不同时刻物理意义详见附图C.1。4.2.17压摆率 slewrate，SRU*10t2U*9%时刻tdV/t1，单位V/μs，不同时刻物理意义详见附图C.1。式中：

SR90%10%UNt3t2

（1）t2——输出响应第一次达到稳态输出值10%的时刻；t3——输出响应第一次达到稳态输出值90%的时刻。4.2.18负载调整率 loadregulation，LR（（电压或电流因负载变化而产生的注：输入电压为额定值，输出电流取最小值，记录最小负载量的输出电压U1；调节负载为50%Pe，记录对应的输出电压U0;调节负载为Pe，记录对应的输出电压U2;负载调整率计算见公式（2）。式中：

LRUU0*100%U0

（2）0——调节负载为5%e时对应的输出电压；1——输入电压为额定值，输出电流取最小值，即最小负载量下的输出电压；2——调节负载为P时对应的输出电压；——U1和2中相对0变化较大的值。4.2.19电压上升时间 voltagerisetime对于满量程大信号输出模式下，四象限功率放大器的输出从稳态输出值的10%上升到90%所需的时间。4.2.20电压下降时间 voltagefalltime对于满量程大信号输出模式下，四象限功率放大器的输出从稳态输出值的90%下降到10%所需的时间。4.2.21大信号带宽 largesignalbandwidth四象限功率放大器输出额定电压下的频率带宽响应范围，即输出额定电压响应不小于-3dB的频率范围。4.2.22小信号带宽 smallsignalbandwidth四象限功率放大器输出10%额定电压下的频率带宽响应范围，即输出10%额定电压响应不小于-3dB的频率范围。T/EPTC008—T/EPTC008—20254.2.23PAGEPAGE5过载能力overloadcapacity在规定的时间内能够供给的，但不超过规定条件下设定限值的最大电流。4.2.24增益 gain输出量与输入量在电压、电流维度上的线性比例关系，通常以绝对值倍数表示。4.2.25输入信号真值 turevalue注：对于硬件在环仿真系统来说，一般指解耦等值电路数字侧端口电压、回路电流的实际求解值。4.2.26输出电压/电流准确度 outputvoltage/currentaccuracy四象限功率放大器的输出端实际电压/电流与理论预期值的偏差。注：一般通过指定频带内增益偏差与额定电压之比来量化。4.2.27放大信号线性度 amplifiedsignallinearity在稳定状态下四象限功率放大器实际输出曲线与理想拟合直线最大偏差占满量程的百分比。4.2.28放大信号失真度 amplifiedsignaldistortion接口算法术语5.1.1理想变压器算法 idealtransformermodel，ITM在数字侧采用受控电压源/电流源来等效模拟物理侧电路的一种接口算法。分为电压型理想变压器5.1.2传输线解耦法 transmissionlinemodel，TLMBergeron模型对其进行计算，利用线路行波传输时间实现接口延时补偿的一种接口算法，见附录D.2。5.1.3部分电路复制法partialcircuitduplication，PCD在数字侧采用受控电压源等效模拟另一侧电路，并在数字侧、物理侧同时引入接口连接阻抗ZSH，实现接口稳定性提升的一种接口算法，见附录D.3。5.1.4时变一阶线性近似法time-variantfirst-orderapproximation,TFA（RC或5.1.5阻尼阻抗法 dampingimpedancemodel，DIMT/EPTC008T/EPTC008—2025PAGEPAGE105.2 接口模型5.2.1前向通道 forwardchannel数字侧信号指向物理侧的传递通道。5.2.2回馈通道 feedbackchannel物理侧信号指向数字侧的传递通道。5.2.3前向通道延时 forwardchanneldelay由传感测量、数据处理、通信等因素给前向通道带来的总延时。5.2.4回馈通道延时 feedbackchanneldelay由传感测量、数据处理、通信等因素给回馈通道带来的总延时。5.2.5功率接口闭环延时 powerinterfaceclosed-loopdelay前向通道延时和回馈通道延时总和。5.2.6数字侧阻抗 digitalsideimpedance功率硬件在环仿真系统中从物理侧看向数字侧端口戴维南等值电路的等效阻抗。5.2.7物理侧阻抗 physicalsideimpedance功率硬件在环仿真系统中从数字侧看向物理侧端口戴维南等值电路的等效阻抗。5.2.8虚拟阻抗 interfacevirtualimpedance附 录 A（规范性）功率型硬件在环仿真示意功率型硬件在环仿真示意图见图A.1。图A.1功率型硬件在环仿真示意图四象限功率放大器分类

附 录 B（规范性）四象限功率放大器类型开关功率放大器标引序号说明：Vdc——直流电压源；Cin——直流侧电容；Cout——滤波电容；Inductor——滤波电感；Load——负载；S1、S2、S3、S4——开关管；G1、G2、G3、G4图B.1开关功率放大器拓扑示意图线性功率放大器标引序号说明：+Vcc——双极性电源正极;-Vcc——双极性电源负极;Vi输入信号;R1/R2——基极电阻;D1/D2——二极管；T1——NPN型三极管；T2——PNP型三极管；RL——负载;GND——信号地。图B.2线性功率放大器拓扑示意图线性-开关混合型功率放大器线性-开关混合型功率放大器是由线性功率放大器和开关型功率放大器共同组成的四象限功率放大器，二者可根据功能需要灵活调整拓扑结构、级联方式等，整体具有四象限运行能力，见图B.3。由于线性-开关混合型功率放大器可兼顾线性功率放大器和开关型功率放大器优缺点，因此适用场景较广泛。标引序号说明：LPA——线性功率放大单元；Ar6相；相；u图B.3线性-开关混合型功率放大器拓扑示意图附 录 C（规范性）接口装置响应延时示意接口装置响应延时示意图见图C.1。标引序号说明：t1——输入信号阶跃时刻；t2——输出响应第一次达到稳态输出值10%的时刻；t3——输出响应第一次达到稳态输出值90%的时刻。图C.1接口装置响应延时示意图接口算法分类

附 录 D（规范性）功率型硬件在环仿真接口算法DA常见的接口算法主要包含以下5种：理想变压器(idealtransformermodelITM)法、时变一阶近似(time-variantfirst-orderapproximationTFA)法、传输线模型(transmissionlinemodelTLM)法、部分电路复制(partialcircuitduplicationPCD)和阻尼阻抗(dampingimpedancemodelDIM)法。理想变压器算法（ITM）ITM算法是应用在含软硬件混合PHIL仿真中实现功率连接最原始最直接的一种接口算法。根据放大信号的类别不同又可以分为电压型ITM算法和电流型ITMITM基本原理如图D.1标引序号说明：Uin——数字侧模型中的等效电源；ZV——数字侧模型中的等效阻抗；IV——数字侧模型中等效阻抗的电流；UV——数字侧运算生成的电压给定信号；I1——数字侧用于模拟物理侧的受控电流源；e-sTo——电压给定信号放大路径延时对应的传函；PA——功率放大器；UPAZH——物理侧等效阻抗；UH——物理侧电压；IH——物理侧电流；e-sTi——电流反馈路径延时对应的传函。图D.1电压型ITM算法接口结构原理图传输线解耦法（TLM）TLM算法基于分布参数线路行波理论实现，通过传输线将数字侧和物理侧连接起来，利用传输线延D.2给出的TLM结构所示，其中τ或为输电线路的固有阻抗，τ表示线路行波传输时间，只有当τ大于等于接口延时，才能实现对接口延时的补偿，保证仿真结果的精度。标引序号说明：Uin——数字侧模型中的等效电源；ZV——数字侧模型中的等效阻抗；IV——数字侧模型中等效阻抗的电流；UV——数字侧运算生成的电压给定信号；e-sTo——电压、电流给定信号放大路径延时对应的传函；Zlk——输电线路的固有阻抗；UPA——功率放大器输出电压；ZH——物理侧等效阻抗；UH——物理侧电压；IH——物理侧电流；e-sTi——电压、电流反馈路径延时对应的传函。图D.2基于传输线路模型法接口结构原理图部分电路复制法（PCD）PCD的思想是将原始电路分割为若干子电路，再利用数值迭代法求解。如图D.3所示，PCD的连接阻ZZPC的优步长Z等效阻抗，以保证每次迭代的误差足够小，稳定裕度足够高。可是在实际应用时较大的ZVH又会造成显著的Z标引序号说明：Uin——数字侧模型中的等效电源；ZV——数字侧模型中的等效阻抗；IV——数字侧模型中等效阻抗的电流；UV——数字侧运算生成的电压给定信号；e-sTo——电压给定信号放大路径延时对应的传函；ZSH——接口连接阻抗；PA——功率放大器；UPAZH——物理侧等效阻抗；UH——物理侧电压；IH——物理侧电流；e-sTi——电压反馈路径延时对应的传函。图D.3部分电路复制法接口结构原理图时变一阶线性近似法（TFA）TFA依据一阶线性近似方法对物理侧建模，在仿真过程中利用数值迭代方法，在线确定和更新系统模型的相关参数，以修正接口带来的误差。TFA基本结构如图D.4所示，其本质上是一种线性预测算法，TFA标引序号说明：Uin——数字侧模型中的等效电源；ZV—